一種低成本ahrs輔助gps確定整周模糊度裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置及方法，本裝置由AHRS系統(tǒng)和GPS構(gòu)成，其中AHRS由MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計和MEMS三軸磁力計構(gòu)成，GPS模塊由兩個標準GPS天線和單頻GPS接收機構(gòu)成，所述MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計、MEMS三軸磁力計和單頻GPS接收機與一個數(shù)據(jù)處理與控制單元相連，所述兩個標準GPS天線與單頻GPS接收機相連。同時本裝置采用的卡爾曼濾波方法，對數(shù)據(jù)進行融合處理，在GPS出現(xiàn)周跳或其它異常情況時提供AHRS的姿態(tài)角輸出，保證系統(tǒng)有效無間斷運行，不會因為GPS系統(tǒng)失常而影響裝備的可用性。
【專利說明】一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置及方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]GPS精確定位和定向是近年來國內(nèi)外研究的熱點，而要想得到載體的姿態(tài)角，必須快速準確的求得載波相位的整周模糊度，求整周模糊度的方法有很多，如雙頻相位的線性組合、雙頻相位與偽距的線性組合、模糊度函數(shù)搜索法、模糊度協(xié)方差法。GPS單獨的數(shù)據(jù)處理，需要對整周模糊度進行搜索，搜索范圍很大故而耗時且容易受到周跳或系統(tǒng)異常等的影響。
[0003]AHRS是微型航姿參考系統(tǒng)，融合了三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計的數(shù)據(jù)，并可以對這些數(shù)據(jù)進行處理以得到高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)近年來應(yīng)用比較廣泛，其與GPS的聯(lián)合導(dǎo)航也是近來的研究熱點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決GPS單獨的數(shù)據(jù)處理耗時且容易受到周跳或系統(tǒng)異常等影響的問題，提出了一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置及方法。本發(fā)明可以縮小整周模糊度的搜索范圍加大搜索效率，故可以更快的確定整周模糊度，進而快速解算出載體姿態(tài)角度，同時可以在GPS發(fā)生周跳或異常時系統(tǒng)輸出AHRS的姿態(tài)角，保證系統(tǒng)有效無間斷運行，不會因為GPS系統(tǒng)失常而影響裝備的可用性。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
本發(fā)明采用的求整周模糊度的方法是基于卡爾曼濾波的最小二乘去相關(guān)法，就是將整周模糊度的解算過程分為初值估計和模糊度確定兩個環(huán)節(jié)。本發(fā)明采用基于KALMAN濾波的初值估計和基于LAMBDA的模糊度確定方法。LAMBDA方法包括兩個步驟，一是模糊度的去相關(guān)處理，二是模糊度的搜索確定。
[0006]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置由AHRS系統(tǒng)和GPS模塊構(gòu)成，其中AHRS由MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計、MEMS三軸磁力計構(gòu)成，GPS模塊由兩個標準GPS天線和單頻GPS接收機構(gòu)成。
[0007]優(yōu)選的，所述三軸陀螺儀為低成本MEMS芯片。
[0008]優(yōu)選的，所述三軸加速度計為低成本MEMS芯片。
[0009]優(yōu)選的，所述三軸磁力計為低成本MEMS芯片。
[0010]優(yōu)選的，所述A天線和B天線為標準的GPS天線。
[0011]優(yōu)選的，單頻GPS接收機，只接收衛(wèi)星的LI載波信號，處理衛(wèi)星的星歷，載波相位等數(shù)據(jù)。
[0012]優(yōu)選的，數(shù)據(jù)處理與控制單元模塊，由單片機，通信接口構(gòu)成，單片機可選擇DSP、ARM、C8051或C51等微處理器。通信接口為串口，I2C或者SPI，把數(shù)據(jù)從傳感器和GPS接收機傳給主控制單片機。
[0013]一種AHRS輔助GPS確定整周模糊度方法，采用上述裝置進行操作，操作步驟如下:
(0.GPS數(shù)據(jù)采集:單頻GPS接收機通過天線采集衛(wèi)星的LI載波信號，信號內(nèi)容包括衛(wèi)星星歷、載波相位，然后接收機對星歷進行處理，得出接收機的在WGS-84坐標系下的坐標；
(2).卡爾曼濾波:卡爾曼濾波初始的基線向量由AHRS確定的姿態(tài)角反算出來作為初始值，這樣基線向量的初始值越接近真值，則可以縮短濾波時間，濾波方程如下:
【權(quán)利要求】
1.一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置，其特征在于:該裝置由AHRS系統(tǒng)和GPS模塊構(gòu)成，其中AHRS由MEMS三軸陀螺儀(12)MEMS三軸加速度計(11)和MEMS三軸磁力計(13 )構(gòu)成，GPS模塊由兩個標準GPS天線(14、15 )和單頻GPS接收機(16 )構(gòu)成，所述MEMS三軸陀螺儀(12)、MEMS三軸加速度計(11)、MEMS三軸磁力計(13)和單頻GPS接收機(16)與一個數(shù)據(jù)處理與控制單元(17)相連，所述兩個標準GPS天線(14、15)與單頻GPS接收機(16)相連。
2.一種低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度的方法，采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本AHRS輔助GPS確定整周模糊度裝置進行操作，操作步驟如下: (0.GPS數(shù)據(jù)采集:單頻GPS接收機(16)通過天線(14、15)采集衛(wèi)星的LI載波信號，信號內(nèi)容包括衛(wèi)星星歷、載波相位，然后該接收機對(16)星歷進行處理，得出接收機(16)的在WGS-84坐標系下的坐標。 (2).卡爾曼濾波:卡爾曼濾波初始的基線向量由AHRS確定的姿態(tài)角反算出來作為初始值，這樣基線向量的初始值越接近真值，則可以縮短濾波時間，濾波方程如下:
【文檔編號】G01S19/55GK103744101SQ201410000540
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】高同躍, 費濤, 葛海浪, 王冬冬, 史何定, 沈高煒 申請人:上海大學(xué)
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